دانشگاه آزاد اسلامی
واحد خمینی شهر
دانشكده مكانیك
پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد M.Sc
گرایش مهندسی مكانیك- ساخت و تولید
بررسی تحلیلی و عددی فرایند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی
استاد راهنما:
دكتر حسن خادمیزاده
استاد مشاور:
دكتر محسن لوح‌موسوی
زمستان 1393
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-3 تاریخچه هیدروفرمینگ و شکل‌دهی گازی 3
1-5 اهداف و ویژگیهای پایان نامه 9
فصل دوم: معرفی فرایند شکل‌دهی گازی گرم و هیدروفرمینگ و پارامترهای موثر در آن 10
2-2 انواع فرایندهای تولیدی 11
2-3 فرایندهای شکل‌دهی فلزات 11
2-4 روش‌های شکل‌دهی لولههای فلزی با بهره گرفتن از سیال 13
2-6 تقسیمبندی هیدروفرمینگ از نقطه نظر هندسه قطعه 14
2-6-1-1 تقسیمبندی فرایند هیدروفرمینگ از نقطه نظر چگونگی اعمال فشار 15
2-6-1-1-1 هیدروفرمینگ فشار پایین 15
2-6-1-1-2 هیدروفرمینگ فشار بالا 16
2-6-1-1-3 هیدروفرمینگ فشار مرحلهای (تدریجی) 16
2-6-1-1-4 هیدروفرمینگ فشار نوسانی 17
2-6-1-2 مزایا و معایب هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-2-1 مزایای فرایند هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-2-2 معایب فرایند هیدروفرمینگ لوله 18
2-6-1-3 محدودیتهای ذاتی فرایند هیدروفرمینگ لوله 19
2-6-1-4 کاربرد هیدروفرمینگ لوله 20
2-6-1-4-1 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنعت خودروسازی 20
2-6-1-4-2 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع نظامی 22
2-6-1-4-3 کاربرد هیدروفرمینگ لوله در صنایع هستهای و اتمی 22
2-6-2 فرایند هیدروفرمینگ پوسته 22
2-6-3 فرایند هیدروفرمینگ ورق 23
2-7 تاثیر دما در شکل‌دهی فلزات 23
2-8 هیدروفرمینگ در دماهای بالا 24
2-8-1 محاسن هیدروفرمنیگ گرم 25
2-8-2 چالشهای موجود در هیدروفرمینگ گرم 25
2-9-1 برتری فرایند شکل‌دهی گازی گرم نسبت به هیدروفرمینگ 26
2-10-1 پارامترهای تاثیر گذار در فرایند بالج آزاد لوله 28
2-10-1-3 تاثیر شاخص توان کار سختی 30
2-10-1-4 آمادهسازی قطعه برای هیدروفرمینگ 30
2-10-1-5 روانکاری و انتخاب روغن مناسب جهت جلوگیری از اصطکاک 31
فصل سوم: طراحی فرایند مبتنی بر حل تئوریک به کمک نرم افزار متلب 33
3-3 حل تحلیلی فرایند بالج آزاد گرم لوله 40
3-3-1 برنامهنویسی در نرم افزار متلب 41
3-4 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al6063 41
3-4-1 تعیین ضرایب استحکام و توان کار سختی در دماهای مختلف 43
3-5 فاکتورهای ورودی مورد استفاده در آزمایشات 47
3-5-1 مقادیر پارامترهای ورودی در هر آزمایش 48
فصل چهارم: شبیه‌سازی فرایند به روش اجزا محدود با بهره گرفتن از نرم افزار آباکوس 51
4-3-1 تاریخچهی نرم افزار آباکوس 53
4-3-2 دیدگاه کلی سیستم اجزا محدود در نرم افزار آباکوس 54
4-3-3 مزایای نرم افزار آباکوس نسبت به نرم افزارهای مشابه 54
4-3-4 تحلیل روش‌های حل صریح و ضمنی در نرم افزار آباکوس 55
4-3-5 حل ضمنی معادله استاتیکی 56
4-3-6 حل صریح معادله دینامیکی 57
4-4 شبیه‌سازی فرایند بالج آزاد گرم لوله در نرم افزار آباکوس 58
4-4-1 ایجاد لوله در محیط Part 59
4-4-2 تعریف خصوصیات مواد در محیط Property 60
4-4-3 مونتاژ اجزا در محیط Assembly 61
4-4-4 تعریف رویه حل در محیط Step 62
4-4-5 تعریف نوع تماس اجزا در محیط Interaction 63
4-4-6 تعریف شرایط مرزی و بار وارده در محیط Load 64
4-4-6-1 شرایط مرزی لوله و قالب 64
4-4-6-2 اعمال بار جهت شکل‌دهی 65
4-4-7 شبکهبندی لوله در محیط Mesh 66
5-1 نتایج استخراجی از حل تحلیلی به کمک نرم افزار متلب 68
5-1-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با بهره گرفتن از حل تحلیلی 68
5-1-2 تاثیر شعاع خارجی لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل تحلیلی 69
5-1-3 تاثیر شعاع گوشه قالب ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل تحلیلی 70
5-1-4 تاثیر ضخامت لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل تحلیلی 70
5-2 نتایج استخراجی از شبیه‌سازی اجزا محدود به کمک نرم افزار آباکوس 72
5-2-1 تاثیر طول محل بالج (L) بر ارتفاع بالج لوله با بهره گرفتن از حل عددی . 72
5-2-2 تاثیر شعاع خارجی لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل عددی 74
5-2-3 تاثیر شعاع گوشه قالب ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل عددی 75
5-2-4 تاثیر ضخامت لوله ( ) بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته با بهره گرفتن از حل عددی 76
5-3 اعتبار سنجی حل تحلیلی با حل عددی فرایند بالج آزاد گرم لوله 78
فصل ششم: نتیجهگیری و پیشنهادات 80
پیوست الف: مراحل شبیه‌سازی اجزا محدود فرایند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی 83
پیوست ب: کد نویسی حل تحلیلی فرایند بالج آزاد گرم لوله آلومینیومی در نرم افزار متلب 88
فهرست اشکال
شکل صفحه
شکل 2-1 مراحل هیدروفرمینگ لوله 15
شکل 2-2 نمونه‌هایی از اجزا بدنه خودرو تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21
شکل 2-3 نمونه‌هایی از قطعات موتور و نیروی محرکهی اتومبیل تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21
شکل2-4 نمونه‌هایی از اجزاء شاسی اتومبیل تولید شده به روش هیدروفرمینگ 21
شکل 2-5 نمونه‌هایی از قطعات نظامی تولید شده به روش هیدروفرمینگ 22
شکل 2-6 شمایی از لوله‌ی بالج شده 28
شکل 3-2 شماتیکی از لوله‌ی بالج شده 37
شکل 3-3 بالج لوله در فشارهای مختلف 40
شکل 3-4 منحنی تنش-کرنش آلیاژ Al6063 42
شکل 3-5 ست کردن مقادیر ماکزیمم و مینیمم منحنی تنش-کرنش در نرم افزار Get Data 42
شکل 3-6 انتخاب نقاط تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 20 43
شکل 3-7 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 20 44
شکل 3-8 انتخاب نقاط تنش-کرش آلیاژ Al6063 در دمای 150 44
شکل 3-9 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 150 45
شکل 3-10 انتخاب نقاط تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 250 45
شکل 3-11 مقادیر تنش-کرنش آلیاژ Al6063 در دمای 250 46
شکل 4-1 اجزا مورد استفاده در محیط 3 بعدی 59
شکل 4-2 انتخاب هر سه جزء جهت مونتاژ 61
شکل 4-3 مونتاژ لوله و قالبها 62
شکل 4-4 تماس قالب با لولهها 63
شکل 4-5 محل درگیری لوله و قالب 64
شکل 4-6 اعمال فشار شکل‌دهی به دیوارهی لوله 65
شکل 5-1 تاثیر طول محل بالج بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 68
شکل 5-2 تاثیر شعاع خارجی لوله بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 69
شکل 5-3 تاثیر شعاع گوشه قالب بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 70
شکل 5-4 تاثیر ضخامت لوله بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 71
شکل 5-5 تاثیر توان کار سختی و ضریب استحکام بر ارتفاع بالج لوله تغییر شکل یافته (حل تحلیلی) 72
شکل 5-6 تاثیر طول محل بالج بر ارتفاع بالج (حل عددی) 73
شکل 5-7 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات A، B، C 73
شکل 5-8 تاثیر شعاع خارجی لوله بر ارتفاع بالج (حل عددی) 74
شکل 5-9 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات D، E، F 74
شکل 5-10 تاثیر شعاع گوشه قالب بر ارتفاع بالج (حل عددی) 75
شکل 5-11 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات G، H، I 75
شکل 5-12 تاثیر ضخامت لوله بر ارتفاع بالج (حل عددی) 76
شکل 5-13 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات J، K، L 76
شکل 5-14 تاثیر توان کار سختی بر ارتفاع بالج (حل عددی) 77
شکل 5-15 بالج لوله بترتیب از چپ به راست برای آزمایشات M، N، O 77
شکل 5-16 اعتبار سنجی مدل تحلیلی فرایند با مدل عددی 78
فهرست جداول
جدول صفحه
جدول 3-1 مقادیر توان کار سختی و ضرایب استحکام در دماهای مختلف 47
جدول 3-2 مقادیر پارامترهای ورودی استفاده شده در هر آزمایش 48
جدول 3-3 تغییر طول محل بالج لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 48
جدول 3-4 تغییر شعاع خارجی لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49
جدول 3-5 تغییر شعاع گوشه قالب با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49
جدول 3-6 تغییر ضخامت لوله با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 49
جدول 3-7 تغییر توان کار سختی و ضریب استحکام با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها 50
جدول 4-1 خصوصیات مکانیکی آلیاژ Al6063 60
جدول 5-1 ارتفاع بالج بدست آمده از حل عددی و تحلیلی در فشار Mpa 2 79
سمبلها
فشار داخلی
تنش محیطی لوله
تنش طولی لوله
ضخامت در محل بالج لوله
شعاع محیطی لوله
شعاع انحنا لوله
مختصات نقطه‌ی e در جهت R
مختصات نقطه‌ی e در جهت z
شعاع کوچک بیضی
شعاع بزرگ بیضی
ارتفاع بالج لوله تغییر شکلیافته
تنش موثر
کرنش موثر
توان کار سختی
ضریب استحکام
ضخامت لوله
ضخامت در محل بالج لوله
کرنش در جهت ضخامت لوله
کرنش محیطی لوله
طول محل بالج لوله
شعاع خارجی لوله
شعاع گوشه قالب
چکیده
امروزه باتوجه به نیاز قطعات با استحکام بالا و وزن پایین، روش ساخت قطعات اهمیت پیدا کرده است. شکل‌دهی گازی گرم[1]، فرایند نوینی است که به دلیل حذف عملیات جانبی مانند جوشکاری، وزن کلی قطعات کاهش یافته، استحکام افزایش و در نهایت زمان تولید کاهش مییابد. به دلیل محدود بودن بازهی فشار داخلی سیال (فشار شکل‌دهی) و سهولت در جریان مواد در فرایند شکل‌دهی گازی، نیاز به حرارتدهی لوله شکل‌دهی[2] که در نهایت منجر به بالج موفق شود اهمیت پیدا میکند. در این فرایند بجای فشار سیال آب یا روغن درون لوله که در نهایت منجر به شکل‌دهی آن میشود، از فشار هوا جهت شکل‌دهی قطعه استفاده میشود. در بالج آزاد[3] گرم لوله، حرارتدهی در محل بالج لوله در حین فرایند انجام میشود.
در این پژوهش برای اولین بار حل تحلیلی و عددی فرایند بالج آزاد گرم لوله، به منظور بررسی تاثیر پارامترهای ورودی مهم فرایند نظیر ضخامت لوله، طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله، شعاع گوشهی قالب، توان کارسختی و ضریب استحکام بر ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکلیافته به عنوان یکی از کلیدیترین فاکتورهای خروجی انجام شد. همچنین فشار شکل‌دهی که منجر به بالج لوله میشود فشار هوا میباشد. در این پایان‌نامه به کمک روش‌های تئوری و معادلات حاکم بر شکل‌دهی فلزات به تاثیر پارامترهای ورودی مذکور بر ارتفاع بالج لولهای از جنس آلیاژ آلومینیوم پرداخته شد. سپس با تحلیل روابط ریاضی و برنامهنویسی آن در قالب نرم‌افزار متلب[4] به استخراج نمودارهای حاصله پرداخته شد. پس از آن شبیه‌سازی اجزا محدود[5] فرایند به کمک نرم افزار آباکوس[6] ارائه شد.
نتایج حاصل از حل تئوری و شبیه‌سازی اجزا محدود فرایند نشان میدهد که افزایش مقادیر طول محل بالج لوله، شعاع خارجی لوله و توان کارسختی ماده باعث افزایش ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکل یافته میشود. از طرفی افزایش مقادیر ضخامت لوله و شعاع گوشه قالب باعث کاهش ارتفاع بالج لوله‌ی تغییر شکلیافته میشود. همچنین نتایج حاصل از حل تحلیلی تقارب قابل قبولی با نتایج حاصل از حل عددی داشت.
واژه‌های کلیدی: شکل‌دهی گازی گرم – حل تئوری – شبیه‌سازی اجزا محدود – فشار داخلی سیال – ارتفاع بالج
فصل اول: مقدمه
1-1مقدمه
با پیشرفت روز افزون تکنولوژی و رقابت بازار تجارت، صنایع خودروسازی به سمت کاهش هزینه و زمان تولید، تولید محصولات سبکتر، کم مصرف‌تر با کیفیت بالا و سیستم انعطاف پذیر تولید روی آورده‌اند، به همین دلیل استفاده از فرایندهای تولید پیشرفته مانند هیدروفرمینگ[7] و شکل‌دهی گازی گرم در کانون توجه صنعتگران قرار گرفته است. این روش بر پایهی فرمدهی قطعات توخالی با حداقل مراحل ممکنه بنا نهاده شده است. امروزه روش‌های مذکور کاملا پیشرفته و موفق برای ساخت قطعات پیچیده به حساب میآید. موفقیتی که این روش تولید را از دیگر روش‌های شکل‌دهی برتری میدهد کیفیت سطح عالی و دقت بالای قطعات تولیدی است که متاثر از فشار هیدرولیکی سیالات بجای استفاده از ابزار صلب میباشد. اساس کار در هیدروفرمینگ لوله بدین صورت است که با اعمال فشار داخلی سیال و تغذیه محوری بر لوله‌ی خام، شکل‌دهی صورت گرفته لذا لوله‌ی مذکور به واسطه‌ی درگیری با سطح قالب به فرم موردنظر می‌رسد.کلیات شکل‌دهی لوله با فشار گاز به مانند شکل‌دهی با فشار آب میباشد، اما از نظر بازهی فشار شکل‌دهی، حرارتدهی و چندین فاکتور دیگر تفاوتهایی با روش هیدروفرمینگ دارد که در فصول بعد بطور مفصل به بررسی این دو فرایند پرداخته میشود.
[1] Hot Metal Gas forming
[2] Forming
[3] Free Bulge
[4] Matlab
[5] Finite Element Simulation
[6] Abaqus
[7] Hydroforming
تعداد صفحه : 107
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید
